由陆军研究实验室 陆军资助的研究人员设计并建造了密集微激光器的二维阵列，这些阵列具有单个微激光器的稳定性，但无法共同实现更高数量级的功率密度，为陆军改进激光、高速计算和光通信铺平了道路
学分:宾夕法尼亚大学 新的光子学研究为陆军改进激光、高速计算和光通信铺平了道路
光子学有潜力通过以光而不是电的形式存储和传输信息来改变电子设备的所有方式
利用光的速度和信息在其各种物理属性中分层的方式，可以提高通信速度，同时减少浪费的能量；然而，研究人员称，要实现这一目标，激光等光源需要更小、更强、更稳定
“单模、高功率激光用于广泛的应用，这些应用对陆军很重要，有助于支持作战人员，包括光通信、光传感和激光雷达测距，”博士说
詹姆斯约瑟夫，项目经理，ARO，美国的一个元素
S
陆军作战能力发展司令部，即陆军研究实验室
“宾夕法尼亚大学的研究成果标志着在创造更高效、更适用于野外的激光源方面迈出了重要的一步
" 用这种技术对信息进行分层的方式也可能对光子计算机和通信系统产生重要影响
陆军资助的研究人员设计并建造了密集微激光器的二维阵列，这些阵列具有单个微激光器的稳定性，但无法共同实现更高数量级的功率密度，为陆军改进激光、高速计算和光通信铺平了道路
为了保存光子设备所操纵的信息，它的激光必须特别稳定和相干
所谓的单模激光消除了光束中的噪声变化，提高了相干性，但其结果是比包含多种同时模式的激光更暗、更弱
宾夕法尼亚大学和杜克大学的研究人员在陆军的资助下，设计并建造了密集微激光器的二维阵列，这种阵列具有单个微激光器的稳定性，但可以共同实现更高数量级的功率密度
他们在同行评议的《科学》杂志上发表了一项研究，展示了超对称微激光阵列
使用激光雷达进行光学传感和测距的机器人和自动车辆，使用激光的制造和材料处理技术，是这项研究的许多其他潜在应用的一部分
“实现高功率单模激光的一种看似简单的方法是将多个相同的单模激光耦合在一起，形成一个激光阵列，”Dr
梁峰，宾夕法尼亚大学材料科学与工程系和电气与系统工程系副教授
“凭直觉，这种激光阵列将具有增强的发射功率，但由于耦合系统的复杂性，它还将具有多种超模
不幸的是，模式之间的竞争使得激光阵列不太相干
" 耦合两个激光器会产生两个超模，但随着激光器排列在二维网格中，超模的数量呈二次方增加，这是为了光子传感和激光雷达应用
宾夕法尼亚大学博士生杜兴·乔说:“单模工作是非常关键的，因为只有当激光器阵列都锁相到一个单模时，它们的辐射和亮度才会随着激光器数量的增加而增加。”
“受物理学中超对称性概念的启发，我们可以通过增加一个耗散的超级伙伴，在激光阵列中实现这种锁相单模激光发射
" 在粒子物理学中，超对称性是这样一种理论，即两个主要类别的所有基本粒子，玻色子和费米子，在另一个类别中都有一个尚未发现的超级伙伴
预测每个粒子的假想超级伙伴的性质的数学工具也可以应用于激光的性质
与基本粒子相比，制造单个微型激光器的超级伙伴相对简单
其复杂性在于调整超对称性的数学变换，以产生一个完整的超合作伙伴阵列，该阵列具有正确的能量水平来抵消除了原始模式之外的所有模式
在这项研究之前，超级伙伴激光阵列只能是一维的，每个激光元件排成一行
通过解决控制单个元素相互耦合方向的数学关系，这项新研究展示了一个由五行和五列微型激光器组成的阵列
“当有损耗的超对称伙伴阵列和原始激光阵列耦合在一起时，除了基模之外的所有超模都被耗散掉，从而产生功率是原始阵列的25倍、功率密度超过100倍的单模激光，”Dr
高，，冯项目的博士后研究员，“我们设想通过将我们的通用方案应用于更大的阵列，甚至是三维阵列，来实现更显著的功率缩放
背后的工程是一样的
" 这项研究还表明，这项技术与该团队早期对涡旋激光的研究相兼容，涡旋激光可以精确控制轨道角动量，或者激光束如何绕其传播轴盘旋
操纵光的这种特性的能力可以使光子系统以比以前想象的更高的密度编码
“给二维激光阵列带来超对称性为潜在的大规模集成光子系统提供了一个强大的工具箱，”冯说
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